毕业设计（论文）BH渗碳气氛碳的传递系数 β 的测定和研究.docVIP

BH渗碳气氛碳的传递系数 β 的测定和研究 第一章 前 言 渗碳处理不但可以使零件提高耐磨性，还可以提高疲劳强度，特别是提高接触疲劳强度。因此，为提高承载能力和使用寿命，并减轻大锻件重量和体积许多大型齿轮、大型轴承、齿轮轴、 凸轮轴等都采用渗碳处理。众所周知，渗碳是由分解、吸收、扩散三个过程组成，三个过程是同时发生的，且存在着复杂的物理、化学反应，其变化周期是很长的。因此，如何在一定的渗碳温度下提高渗碳速度是各国热处理工作者们所特别关心的课题。[1] 1.1 BH渗碳简介 BH渗碳技术是通过在渗碳或碳氮共渗介质（如甲醇、丙酮、煤油、RX气体或天然气）中添加少量催渗剂，从而达到提高渗速20﹪以上；或降低工艺温度40℃以上，仍保持原工艺渗速不降低的技术。 BH技术可以减小工件热处理畸变；改善渗层显微组织及碳浓度（硬度）分布；工艺稳定，工件渗碳均匀性好；提高工件力学性能和可靠性。同时，还具有简单易行；适用性强，在连续炉、多用箱式炉、井式炉等都得到成功应用，适合于浅层（0.3～0.7mm）、中层（0.8～1.5mm）和厚层（2.0～6.0mm）的硬化层；及碳黑少，延长停炉烧碳黑周期等等优点。 目前，在国内已有一汽底盘、二汽，洛阳、瓦房店轴承，法士特齿轮等百余家大、中型企业，采用BH技术后都明显地提高了产品质量，取得了显著的经济效益。 本技术已被列为我国热处理行业“十五”期间重点推广的热处理新技术和质量控制技术。近年来，也引起了国外同行专家的广泛关注，如：国际热处理及表面工程联合会（IFHTSE）主席Totten评价：“BH Carburizing Accelerating Technology is scientific breakthrough in the history of heat-treating development”。[2] 近年来，国外在快速（高效率）渗碳方面也取得进展，其中Leffevre等在实验室和工业条件下试验了无氮的50﹪CO/50﹪H2混合气中渗碳，结果表明:与N2/CH4或吸热式气氛渗碳相比，处理时间减少30～50﹪。这是目前查到的最快渗碳的报导，但仍在研究如何实现有效的碳势控制问题，属于正在开发之中的技术。Holm等[3]人克服了传统的推杆式连续渗碳中实施强渗/扩散工艺的困难，通过在扩散区添加水，并配置合适的喷射装置，相关软件和气氛控制系统等，取得增加15﹪生产率；若不需要增加生产率，客户证实降低渗碳温度15﹪的可能性。虽已测定了在扩散区添加水后，内氧化深度与普通渗碳相近，但人们仍存在有疑虑。 可见，与国内外近年来的快速渗碳相比，本“BH催渗剂和催渗技术为国内外首创，该成果在使用效果和应用稳定性上居国际领先水平”。 1.2 研究碳传递系数β的意义 碳传递系数β表示了介质向构件表面传递碳的速度。碳势Cp和碳传递系数β表征了渗碳介质的渗碳主要特性。 碳传递系数β是快速渗碳的基础之一，也是计算机模拟渗碳模型必须考虑的数据之一。目前只有少量文献简单介绍了β的测定方法和某些渗碳气氛的β值，但是其物理意义和具体实验计算中的细节未介绍。 根据目前已测定的不同气体组分，渗碳气体的碳传递系数β值有很大差别。具有最小β值是CO-CO2混合气的0.54×10-7(cm/s)；而50%CO-CO2和50%CH4-H2-H2O混合气具有最高的β值（310×10-7（cm/s））。可见，通过改变渗碳气体组分可以显著地提高碳传递系数β值，从而增大渗碳速度。许多快速渗碳研究者[3][4]通过设计合理的渗碳混合气，以提高β值，从而提高渗速达30～50%。并认为增大β值是快速（高效）渗碳的基础。 1.3 研究内容及意义 本实验在密封箱式多用炉上对未添加和添加BH催渗剂的甲醇-丙酮裂解气氛进行了比较，初步探讨了测定碳传递系数β的具体实验方案和计算方法。 本文从碳的传递系数出发，重点初步探讨了碳传递系数β值的计算方法，研究了BH渗碳气氛的β值；同时简单地研究了BH渗碳的气氛特性及金相组织，显微硬度分布等，以更多的了解BH渗碳技术。 第二章 研究内容、试验方法及技术路线 BH渗碳，即在渗碳或碳氮共渗介质中添加少量BH催渗剂，达到提高渗速20﹪以上，或在温度降低40℃左右，仍保持原工艺渗速的技术。[2] 2.1 实验条件 主要实验在嘉恒热处理厂完成，部分实验在学校完成。由于实验需在不影响正常生产的情况下进行，所以实验有一定的局限性。 2.1.1试样及加工产品 剥层试棒：材料为20CrMnTi，尺寸为Φ50×200mm，2个。 试 样：中间试样2个，淬火试样2个，退火试样2个，材料均为20CrMnTi，尺寸为Φ13×40mm。 钢 箔：原始碳含量为0.062%，尺寸为150×15×0.09mm，10个，用丙酮清